|
重型燃气轮机涡轮端盘榫头的形成和加工是燃烧。由于结构可靠性要求，燃气轮机制造的核心工艺之一，榫卯多为复杂曲面设计，质量要求严格要求。为了满足高温高压交变载荷环境下的动力要求可靠性，涡轮盘由难加工的难熔合金材料制成，但是同时提高了机械性能，也给切削带来了很大的好处挑战。拉削因其效率高、精度高而被称为榫卯加工。主要的工作方式。拉削除了增加切削速度外，还会增加切削速度。工作参数固化在拉刀结构上，因此拉刀设计对加工质量有重要影响。 建立有限元模型并进行分析。 分析了不同钝头半径和切削速度对法向力和切向力的影响。结果表明，法向力随钝圆半径和后刀面的变化而变化损失增大，切向力随着钝圆半径的增大而增大大，随着侧面磨损的增加，变化不明显。 在表面淬火钢的拉削过程中，分析了每个齿的前进量。进给量、切削速度对单位法向切削力、残余应力和切削面包屑的影响。在力学模型的基础上，讨论了温度和加工质量数量的相关性。 建立二维仿真模型并合并建立了齿升、前角和切削速度的回归模型，以提高加工力线路预测。基于DEFORM-3D建立同步建立了齿形渐开线花键拉削的仿真模型，并对前角、后角和齿形进行了分析。升力对切削力的影响规律。可以看出，采用的是有限元建模方法它能有效地分析刀具参数对加工过程的影响规律。 本文在设计拉削Incoloy 901榫眼拉刀时，选择以芯片曲率半径和芯片厚度为仿真验证标准，进行组合加工经验设计仿真方案研究刀具结构参数对切削的影响。力、切削温度和切屑曲率半径的影响规律是刀具提供设计参考，不仅降低成本，而且绿色无污染。 模型结构 用于切割模拟的工具是第三波系统霆钢开发的切削有限元建模软件AdvantEdge 并整合分析软件Tec-情节.软件的基本仿真流程是:建立几何模型→给定材料属性→设置加工参数→网格化→求解→后置处理分析。Incoloy 901涡轮榫眼和榫头是由6组合拉刀依次切削，工厂实际使用和几何建模如图1所示。选择4号刀和5号刀进行建模。根据刀具几何参数，使用SolidWorks软件1∶ 1进行仿真建立刀具的几何模型。  由于模型较大，很难完成模拟，所以截取了三个引体向上。对牙齿进行了模拟和分析。根据实际涡流轮盘27的厚度。8mm，带涡轮榫卯的模拟工件尺寸为27。81毫米×3毫米×3毫米.涡轮盘由Incoloy 901制成，其性能参数见表1。刀具的基体材料为HSS-M42，刀具表面为0.003毫米厚的锡涂层。  在仿真软件中，材料本构模型为幂律模型，可以表示为σ(ε p， ε，t)= g(εp)γ(ε)θ(t)其中σ(ε p，ε，t)是工件材料的流动应力；g(ε p)是应变强化功能；γ (ε)是应变率效应函数；θ (t)是热量。软化功能。其中ε p是变形过程中的应变，ε是材料变形时的应变率，t是变形时的温度。在模拟过程中，材料模型直接从材料库中选择相似的品牌进口。组装工件刀具后，啮合拉刀的切削刃布局划分紧密，最小单元大小为0。03毫米(见图2)。  为了模拟实际加工，在工件和刀具的接触处添加油冷却润滑，设定传热系数为100，000 W/(m2·k)，初始温度20℃，初始切削深度为0。006mm，拉削速度5m/min由于3D切割计算量大，设置8核多线程并行计算。 模拟验证 试验装置为德国LAPOINTE M1919卧式拉床。(见图3)，切削液冷却，拉削速度5m/min。采用易得的芯片作为验证指标，4号拉刀和5号拉刀模拟碎片的最大曲率半径和厚度见图4。  现场切屑的曲率半径和厚度见图5，具体误差值的计算见表2，其中切削曲率半径是模拟切屑中最高的。曲率半径大。尽管模拟的切屑形状和实际的切屑形状两种拉刀模拟切屑厚度的曲率半径有一定的差异，但都是相同的与实际芯片相似，两把拉刀产生的芯片最大曲率为一半。与实际切屑直径相比，最大误差为16。50%，而芯片最大厚度误差为9°。92%.可接受的加工误差为因此该模型可用于研究拉刀参数切削切割过程的影响。  模拟方案 拉刀的主要特征参数如图6所示，包括切屑槽。h，前角γ，后角α，齿背宽度G，齿距P，叶片宽度ba 1，底弧半径r和齿升a f。本文着重分析影响。刀具切屑形成和容屑性能的特征参数:容屑槽深度h和前角0，齿距P，齿升f和前刀面槽底圆弧半径R，选择仿真误差较小的4号刀具进行研究。  根据现有的加工经验，齿升程、齿距、前角、槽深和圆弧半径设置为三个级别进行模拟，齿升三级为0.06mm、0.08mm、0.1mm齿距是三水。平坦坡度为10mm、11mm、12mm前角设置为以下三个级别12 ,15 ,18 ;水箱的深度是3。5毫米，4。25mm，5mm圆弧半径为1。6mm，2mm和2。并进行了相应的仿真方案见表3。 切削力分析 在拉削过程中，随着切入工件的齿数的增加，切削力然后，为了让结果更有对比，选择第二颗牙切入。稳定工件的切割区域，以便进行切削力分析。仿真结果如图所示7、切削力随着齿升的增加而增加。这是随着齿升的增加，切削量增加，所需的切削力也增加。加工Inconel 718时使用齿增量为0的实验规律。01mm和0。02毫米一致。牙齿上升与其他组相比，由大量变化引起的切削力增加较小，分析表明，这是由于牙齿提升设置的三个水平梯度的差异不大。   当前角从12°增加到15°时，切削力迅速下降。但是当从15增加到18时，切削力缓慢下降。过大的前角会影响刀尖强度进而影响刀具寿命，所以当切削力较小时，应选择较小的前角，即15°合适。另外，可以看出，切削力随着螺距的增大而减小；随着前刀面槽底圆弧半径的增大，切削力先减小当槽深增加时，切削力趋于减小。 切削温度分析 切削刃附近的拉刀温度高，所以垂直于切削刃界面，并研究了拉刀尖端的温度分布规律。模仿温度云图如图8所示。图中所有的温度云图都指向刀尖切一个1。1毫米× 1。1mm矩形框为顶点，并制作应力云图。将刻度统一到同一个值，以便直观地观察几何参数的变化。刀尖切削温度分布的影响规律。从图8中可以出，由于冷却剂用于拉削并且切削速度低，刀头的整体温度不高。在给定的三个级别中，音高会增加，切削温度有下降趋势，齿升，槽底圆弧半径当增加时，切削温度增加。当前角增加时，切削温度都相同。先减小后增大的规律是槽深h从3。5毫米至4mm时，切削温度变化不大，当H增加到5mm时，切削温度略有改善。分析表明，原因是此时切屑的曲率半径增大，切屑弯曲程度降低，与前刀面的摩擦时间增加，所以切割温度略有上升。  尖端应力分析 刀尖强度在刀具设计过程中尤为重要。弯曲时或者当剪切强度超过临界值时，对刀具和工件都有危险。危害严重。刀尖的应力分布规律可以反映切削刃的组合。合理性，图9是刀尖的应力云图。所有的云图都以刀尖为拦截a 1。5毫米× 1。5毫米的矩形框在顶点，并把所有的应力云图标标尺统一为同一个值，可以直观的观察几何参数的变化。影响刀尖应力的规律。从图中可以看出，云图下面的斜坡 皮带应力大，因为这里是刀具的倒角，和上面相比。区域附近，其承载面积较小。在所有云图中，刀具前角与方案1、8和9的模拟结果相比，该变化对应力分布的影响最大。可以看出，当前角γ 0从15°增加到18°时，红色具有高应力。程度变化大；当前角γ 0从12°增加到15°时，这种变化是相对的。更小。从方案1、方案4、方案5、方案6和方案7的模拟云图可以看出齿距变化对应力分布影响不大。对比方案1、2、3应力云图显示，由于前刀面槽底的圆弧是一半当直径从1。6mm到2mm，侧面区域红色，应力高长度明显减少。 芯片厚度分析 切屑厚度随拉刀参数变化的结果如图10所示。可以看出，随着齿升的增加，切屑厚度明显增加。因为厚度本身就是牙提拉的反映，所以直接厚一点。意义不明显，计算切屑变形系数的公式可表示为εh = h ch /h D式中，h ch为切屑厚度；h是切削深度。 拉削的切削深度就是拉刀的齿升。可计算的当a f = 0时。06毫米，0。08mm和0。得到了相应的变形系数分别是2.05，2.03，2.2。可以发现当牙齿提升增加时，变形系数也呈上升趋势。从图10中可以看出，前角增大。当芯片厚度先减小后增大时；凹槽深度增加时的切屑厚度先增后减。  齿距和槽底圆弧半径对切屑厚度影响很小，当齿距从P =10mm增大到P = 11mm时，略有减小。当节距P从11mm增加到12mm时，切削厚度几乎为零。有变化。因为齿距的增加会影响加工时间，进而影响加工效率，所以三级中的节距最好是11mm。当元当弧的半径从r = 1开始增加时。6mm到r = 2mm，很明显增加，当圆弧半径R从2mm增加到2。5mm，芯片厚度增加。变化程度小。较大的切屑厚度表明变形程度大且充分。这种变形有利于容屑槽，因此前刀面处的圆弧半径最好设置为2mm。  切屑曲率半径分析 在从工件分离之前，在分析步骤中进行均匀的芯片选择分析，结果如图11所示。可以看到对比方案1、2和3，前刀面槽底部的圆弧半径从r = 1开始增大。6mm至r =当2。5mm，切屑曲率半径逐渐减小；比较方案1、4和5可以发现，当节距增大时，曲率半径的变化不明显，这是因为齿距大于切屑直径，所以前齿不会与后齿一起切削。切屑接触，所以对切屑曲率半径影响不大；对比方案参考图1、6和7，可以看出，当凹槽深度从h = 3毫米增加到h = 5毫米时，曲率半径先减小后增大，小曲率半径有利于提高体积。容屑槽的容屑能力，所以槽深可以优化到4。25mm对比从方案1、8和9可以看出，曲率半径随着前角的增加而增加。减少，并有加速下降的趋势；方案1、10和11可以已知当齿升从0增加时。06毫米到0。10mm，曲率半径略小稍有下降后，又明显上升。 结语 本文建立并选择了三维有限元拉削仿真模型。以拉削过程中容易获得的切屑作为验证指标，进行了研究。在切削过程中，拉刀的几何参数影响刀具应力和切屑形状英寸影响定律。具体结论如下: (1)切削力随着齿升的增加而增加。当前当角度从12°增加到15°时，切削力迅速减小，但从15°当切削力增加到18时，切削力缓慢下降。 (2)在Incoloy 901榫眼的拉削过程中，由于使用了冷但拉削速度低，所以切削温度不高，齿距增大，切削温度有下降趋势，且切削温度随齿高、槽底部圆弧的半径增加。 (3)当INCOLY901涡轮榫眼拉刀的齿升增加时，切屑变形系数呈增大趋势，齿距和槽底在前刀面处呈弧形半径的变化对切屑厚度影响不大。 |
|
|
